HyperLynx設(shè)計(jì)工具包括兩個(gè)部分，即LineSim(實(shí)現(xiàn)布局布線前的分析)和BoardSim(實(shí)現(xiàn)布局布線后的分析)，以下簡(jiǎn)單地介紹使用LineSim工具來(lái)實(shí)現(xiàn)布局布線前的信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)。

(1)LineSim工具

HyperLynx的LineSim工具提供一個(gè)用戶可以通過(guò)定義元器件的布局來(lái)解決布局布線前的問(wèn)題，在LineSim應(yīng)用程序界面下用戶可以定義布局中的每一個(gè)元件特性。同時(shí)也可以定義元件之間的連接關(guān)系，其用戶界面和原理圖如圖1所示。

圖1 LineSim用戶界面和原理圖

在設(shè)計(jì)工具的用戶界面中，可以選擇接口器件和接口標(biāo)準(zhǔn)及驅(qū)動(dòng)電流，如圖2所示。

還可以設(shè)置傳輸線的類型、參數(shù)和介質(zhì)材料，如圖3所示。

(2)終端匹配的仿真分析

當(dāng)選擇傳輸線參數(shù)、接口標(biāo)準(zhǔn)、驅(qū)動(dòng)電流和觀察探點(diǎn)之后，可以在示波器中設(shè)置相應(yīng)的工作頻率并啟動(dòng)仿真和觀察結(jié)果，如圖4所示。如果波形不理想，可以修改參數(shù)和匹配電阻，然后重新運(yùn)行。

圖2 設(shè)置接口的器件及接口參數(shù)

圖3 設(shè)置傳輸線和介質(zhì)材料

圖4 示波器顯示仿真分析的結(jié)果

(3)串?dāng)_分析

LineSim一個(gè)很重要的部分就是信號(hào)串?dāng)_的仿真，PCB線可能連接在一起，之間出現(xiàn)耦合。仿真信號(hào)之間的串?dāng)_可以顯示驅(qū)動(dòng)器對(duì)相鄰的PCB網(wǎng)絡(luò)的影響，通過(guò)圖5所示的(Edit Transmission Line)編輯器的菜單可以實(shí)現(xiàn)線間距的調(diào)整。

圖5【Edit Transmission Line】編輯器

【Edit Transmission Line】編輯器可以修改任何一個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)工程師可以改變PCB網(wǎng)絡(luò)的寬度及PCB網(wǎng)絡(luò)之間的間距，也可以改變所有PCB網(wǎng)絡(luò)的板層信息。隨著這些設(shè)計(jì)信息修改的完成，可以立即實(shí)現(xiàn)修改后的信號(hào)分析。在前面提到的設(shè)計(jì)實(shí)例中有兩個(gè)PCB網(wǎng)絡(luò)，有效的驅(qū)動(dòng)器連接在上面的電路網(wǎng)絡(luò)上，而下面的網(wǎng)絡(luò)則處于“粘低”的狀態(tài)，從處于非活動(dòng)狀態(tài)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)上可以觀察到信號(hào)串?dāng)_的大小。很明顯，處于活動(dòng)狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)將影響處于靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)。驅(qū)動(dòng)器信號(hào)非常“干凈”，而從接收器的信號(hào)中不難看出傳輸線的影響。在0V附近的信號(hào)就是受其他的驅(qū)動(dòng)器影響的網(wǎng)絡(luò)。

可以采取幾種措施來(lái)改善信號(hào)網(wǎng)絡(luò)之間的串?dāng)_，一是增大信號(hào)網(wǎng)絡(luò)之間的間距；二是改變相鄰／并行的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)布線層；三是在總線的終端匹配方案中不要使用SIP器件；四是對(duì)于連接器來(lái)說(shuō)，將地分散在連接器的各處。

單擊“Field Plotting”選項(xiàng)卡中的“Start”按鈕，可以看到場(chǎng)的分布，如圖6所示。

(4)EMC(輻射)分析

電路板上的PCB網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致預(yù)料之外的天線效應(yīng)，而這樣的天線效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，從而導(dǎo)致FMC問(wèn)題。當(dāng)電流流過(guò)PCB網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的天線時(shí)會(huì)產(chǎn)生信號(hào)輻射，降低信號(hào)輻射的最佳方法就是減小導(dǎo)致信號(hào)完整性變差的信號(hào)電流幅度。由于時(shí)間限制，通常只對(duì)不同的信號(hào)類型進(jìn)行建模和分析，并且據(jù)此為每一個(gè)信號(hào)子類型建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)則。對(duì)信號(hào)線進(jìn)行歸類可以有效地降低花在仿真分析上的時(shí)間開(kāi)銷。典型的信號(hào)分組如下。

數(shù)據(jù)／地址總線。

圖6 串?dāng)_的場(chǎng)觀察工具

時(shí)鐘分布網(wǎng)絡(luò)。

高速數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)及相關(guān)的信號(hào)互連網(wǎng)絡(luò)。

LineSim EMC/BoardSim EMC可以非常方便地幫助設(shè)計(jì)工程師檢查EMC的仿真結(jié)果，并且與相關(guān)機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行比較，因而設(shè)計(jì)工程師可以很容易看出網(wǎng)絡(luò)的輻射是否會(huì)超出這些參考標(biāo)準(zhǔn)。頻譜分析儀可以直接在顯示窗口中顯示這些適當(dāng)?shù)膮⒖紭?biāo)準(zhǔn)，所以能夠非常容易地進(jìn)行比較。同時(shí)也可以選擇以下的標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)。

(1) FCC：美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)CISPR：歐共體標(biāo)準(zhǔn)。

(3)VCCI：日本標(biāo)準(zhǔn)。

(4)USER：設(shè)計(jì)工程師可以定義自己的標(biāo)準(zhǔn)。

本文詳細(xì)介紹了各種影響信號(hào)完整性的設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決方案，由于信號(hào)完整性是一個(gè)無(wú)處不在的問(wèn)題，因此在系統(tǒng)和單板設(shè)計(jì)時(shí)布局設(shè)計(jì)師必須與電氣工程師緊密合作，以解決這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵在于如何知道每種情況下應(yīng)采用何種信號(hào)完整性問(wèn)題解決方法。在某些情況下，集成電路的選擇能決定信號(hào)完整性問(wèn)題的數(shù)量和嚴(yán)重性。器件的邊沿速率越快，出現(xiàn)信號(hào)完整性問(wèn)題的可能性越高，正確地選擇端接器件就很重要。特別是對(duì)于高速電路設(shè)計(jì)，除了選擇高性能的器件以外，還需要正確面對(duì)和處理信號(hào)完整性所帶來(lái)的各種問(wèn)題。尤其是對(duì)系統(tǒng)中的時(shí)鐘等控制信號(hào)，更需要特別關(guān)注。